60 лет назад Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) поставило амбициозную цель — «прикоснуться» к нашему Солнцу, отправив космический корабль к огненной звезде в центре Солнечной системы.
11 августа 2018 года ракета-носитель тяжелого класса Delta IV Heavy вывела в космос исследовательскую станцию Parker Solar Probe. Спустя 3 года она приблизилась к Солнцу на расстояние в 10 млн км и добралась до края его «короны».
Так зонд Parker стал первым созданным человеком космическим аппаратом, который смог подойти к нашей звезде так близко (предыдущий рекорд принадлежат аппарату Helios-B — 43,5 млн км) и настолько быстро — 586 тыс. км/ч. Это событие окрестили «гигантским скачком в науке о Солнце».
Почему это настолько важно, мы разбирались вместе с научным сотрудником Астрономического института Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина Геннадием Марченко и астрофизиком, сотрудником бельгийского Университета Льежа Николаем Бритавским.
Содержание
«Нырнул» в загадочную солнечную «корону»
Николай Бритавский: «К Солнцу запускались несколько зондов, но ни один из них не подлетал именно к «короне». То есть, до Parker Solar Probe с Земли ее визуально наблюдали только во время полных солнечных затмений, когда яркое излучение солнечной фотосферы не мешало ее наблюдению. Люди, наконец, увидели, что есть такая область Солнца, им захотелось узнать, что она из себя представляет. В ходе изучения поняли, что температура «короны» очень высокая — порядка миллиона градусов Цельсия, хотя мы знаем, что сама поверхность (фотосфера) — всего 6 тыс. градусов. То есть, наша звезда — довольно холодная. Но при этом «корона» такая горячая. И это была главная загадка: почему? Ведь это не могло быть связано с простым нагревом от фотосферы».
Parker впервые изучил условия в магнитном слое солнечной атмосферы и помог понять, где находится система нагрева и выброса
Геннадий Марченко: «Parker смог попасть в ту область, где «корона» Солнца неравномерна, ее плотность постоянно меняется. Там уже магнитное поле определяет положение частиц (альвеновские волны). Ученым удалось примерно определить, откуда эти волны исходят — из супергрануляций
Это структура из конвективных ячеек с характерными размерами в десятки тысяч километров, существующая на поверхности Солнца..
Теперь ученые знают, что нагрев «короны» возникает вследствие колебания магнитного поля. Это впервые заметили, когда аппарат пролетал мимо полюсов Солнца. Альвеновские волны переносят энергию из глубин звезды на поверхность, и создают магнитные поля и высокую температуру.
Стало понятно, что колебания больше исходят из открытых магнитных конфигураций: солнечных пятен и супергрануляции. Гранулы — образования в фотосфере Солнца, вызванные конвекцией плазмы. Конвективные потоки формируют колонны конвекции, перемешивающие вещество в зоне конвекции. Гранулы являются видимыми вершинами таких отдельных колонн и образуют зернистую структуру, называемую грануляцией. На снимках они обычно видны как светлые пятна. И могут объединяться в супергранулы. Именно на границах супергранул концентрируется то магнитное поле, которое создает эти колебания».
Зонд Parker помог установить, где находится альвеновская критическая поверхность Солнца
Николай Бритавский: «Альвеновская критическая поверхность — своеобразная граница, где солнечный ветер покидает непосредственно Солнце. Parker Solar Probe достиг ее и смог увидеть, как изменилось магнитное поле. Именно шведский физик Ханнес Альвен предположил, что разогрев «короны» происходит из-за низкочастотных гидромагнитных колебаний плазмы (они получили название «альвеновские волны»)».
Геннадий Марченко: «Альвеновская критическая поверхность представляет собой нечеткую линию, в которой меняется структура поля, после которой идет сверхзвуковое увеличение скорости солнечного вещества. Преодолеет ли оно этот некий барьер, зависит от магнитной конфигурации: если она закрытая, то вещества прорывается меньше. Во время выбросов магнитное поле разрывается и уносится вместе с веществом на бесконечность. То есть, критическая поверхность Альвена представляет собой конец солнечной атмосферы и начало солнечного ветра.
Во время пролета зонд несколько раз входил в «корону» и выходил из нее. И это помогло понять, что альвеновская критическая поверхность не гладкий шар, а имеет как выступы, так и впадины. Солнечная «корона» простирается очень далеко — вплоть до Земли. Но та часть, которая доходит до нас — это уже спокойный солнечный ветер (частицы вещества, летящие со сверхзвуковой скоростью). Когда корональная плазма после вспышки достигает нашей планеты — возникают магнитные бури».
Почему Parker не боится жары
Зонд размером с небольшой паркетник. Его корпус способен выдержать температуру в 1400 — 1500 градусов Цельсия, при которой плавится железо. От Солнца его защищает пористое покрытие из углеродного композита толщиной 11,43 см и «зонт». Энергию Parker получает от поворачивающихся солнечных батарей, которые будут уходить в тень щита по мере приближения ко светилу.
Parker продолжит сближение с Солнцем по спирали и должен достичь нового рекордного расстояния от его поверхности в 6,2 млн км — это около 10 радиусов нашей звезды (сейчас зонд находится от светила на расстоянии примерно 40 радиусов Солнца). Следующий пролет через «корону» состоится в январе 2022 года.